电动汽车充电负荷的影响与控制措施综述

杨娟

摘要：由于在节能减排、能源安全和可持续发展等方面的重要战略意义，在相关部门的积极推动下，电动汽车的普及已成为一种必然趋势。但大规模电动汽车的无序接入势必会对电力系统规划运行产生不可忽视的影响，涉及发、输、配等各个环节。充电负荷的可控性和V2G技术的发展为减小影响提供了解决思路。在合理的市场机制引导下，配合相应的智能充电策略，可以确保电力系统的安全稳定运行和电动汽车的健康快速发展。在国内外电动汽车充电负荷建模研究现状的基础上，介绍了电动汽车充电负荷大规模接入带来的影响及其控制措施，并展望了未来可能的研究方向。

关键词：电动汽车 充电负荷 有序充电 V2G 分布式能源（DG）

一、引言

环境问题和能源问题日趋严峻，而交通对石油的消耗量和产生的碳排放都相当巨大。有些国家的石油供应很大程度上依靠进口，比如美国2009年，94%的交通能源来自石油，而63%的原油靠进口，过分的依赖石油会给国家安全带来很大风险。可再生能源的广泛利用和电网无处不在的特点，使汽车的电气化成为最好的解决方法。电动汽车在节能排放和保障能源安全等方面的传统汽车无法比拟的优势，受到各国政府、汽车生产商以及能源企业的广泛关注。

世界各国政府纷纷出台相关政策推动电动汽车产业发展，如美国的EV Project计划和中国的“十城千辆”计划，“十二五”规划中也把新能源汽车作为重点发展的七大战略性产业之一。丰田、通用、福特和大众等众多汽车生产商也都积极加入电动汽车的浪潮，电动汽车将面临空前的繁荣，成为时代的宠儿。研究表明，在中等发展速度下，至2020、2030和2050年，美国电动汽车占汽车总量的比例将分别达到35%，51%和62%。到2020年，中国10%-20%的乘用车销量将来自纯电动汽车、充电式混合电动汽车和其他新能源汽车。

围绕电动汽车的研究成为了当前的热点。本文将对大规模电动汽车的接入对电力系统造成的影响进行讨论。

二、电动汽车接入的影响

电动汽车充电负荷性质复杂，具有很大的随机性和不确定性，主要影响因素包括：用户习惯、出行目的、车辆属性、电池特性、地区、时间和气候、环境温度、电能补给方式、电动汽车规模、充放电控制措施、市场运营机制等等。

电动汽车的这些不确定性造成了它的大规模推广应用将会影响电力系统的安全、稳定和经济运行，导致损耗增加、电压跌落、变压器寿命减少。电动汽车引起的负荷增长也会给发、输、配各个环节带来升级改造的压力，电力市场结构还可能因此改变。具体如下：

2.1电动汽车充电负荷对电源和输电的影响

大量电动汽车的接入对电源和输电网络的规划和运行带来新的挑战。一方面，充电负荷使得系统总负荷显著增大，给供电安全造成压力。另一方面，电动汽车的V2G功能又可在负荷高峰期充当电源，为系统提供支撑，与风电和太阳能等分布式能源的协调调度还能够增强电力系统接纳间歇性电源的能力。

2.2电动汽车充电负荷对配电的影响

研究发现，充电负荷对人口密度大的地方的影响更为显著，这种不均衡给局部配电网造成压力，影响配电网的安全稳定和经济运行。电动汽车充电负荷对配电网的影响已有大量研究，主要包括可靠性、电能质量（电压降落、谐波污染和三相不平衡）和经济运行（网络损耗、变压器寿命）。

研究表明，随着电动汽车渗透率增加，能量损耗和电压偏移都会增大，晚高峰充电时尤为显著。且在渗透率足够高的情况下，变压器、线路都将超载，需要升级改造。在不考虑充电桩和充电站的投资费用情况下，加强网络的投资可能增加到总投资的19%，损耗最高能增加到40%。也需要额外的电压补偿设备和调压变压器来处理由充电负荷引起的电压跌落。

有文献研究表明：当线路负载率较低时，合理的电动汽车接入电网充电将会提高线路的运行效率，使线路经济运行；但是当电动汽车渗透率较高时，由于流经线路和变压器的电流增大，导致线路负载过重，线路的负载损耗增加，从而让线路从经济运行区域转变到非经济运行区域。高渗透率的电动汽车接入电网充电会使线路是末端节点电压会严重下降，影响用户的正常用电。

2.3电动汽车充电负荷对电网规划的影响

电动汽车充电负荷的不確定性，导致电网和电动汽车充电装置的规划变得愈加复杂。电网和充电设施的规划关系到电动汽车的发展。若规划不合理，不仅会影响到用户方便性，还会增加网络损耗和电压跌落，对用电可靠性造成影响。所以规划时应充分考虑相关因素，如交通环境，充电需求，用户体验，对电网的影响和经济性等。

2.4电动汽车充电负荷对市场的影响

电动汽车的大量接入可能导致市场结构的变化，管理电动汽车负荷的电动汽车聚集体可能成为电力市场新成员。它可以是已有的机构，也可是逐利而加入的新实体，从购电与售电差价中获利。为了减小风险，它可以参与长期双边合同市场、日前市场；为了满足负荷实时需求，也能参与实时市场。随着电动汽车技术的发展，等到V2G成熟以后，电动汽车还可作为“虚拟电厂”参与到有功市场和辅助服务市场等各个环节。

三、总结

大规模电动汽车的接入已成必然趋势，将会对电力系统安全稳定和经济运行产生深刻的影响，涉及发输配各个层面。值得庆幸的是，电动汽车充电负荷的可控性和V2G技术为此提供了解决思路，采取适当电价结构和智能充电策略，合理分配充电负荷，可以显著改善负荷特性，减小充电负荷的不利影响。充分利用V2G技术还可移峰填谷，平滑负荷曲线，提高负载率，减小电网投资；还能参与系统调峰、调频等辅助服务。进行积极的充电控制，可以实现对可再生能源出力变化跟踪，提高可再生能源的吸纳能力。

参考文献：

[1]王锡凡，邵成成，等.电动汽车充电负荷与调度控制策略综述[N].中国电机工程学报，2013，33（1）：1-9.

[2]吴憩棠.我国“十城千辆”计划的进展[J].新能源汽车，2009，1（24）：15-19.

[3]刘自发，张伟，王泽黎.基于量子粒子群优化算法的城市电动汽车充电站优化布局[N].中国电机工程学报，2012，32（22）：39-46.